DE3318686A1 - DEVICE FOR ALIGNING A LASER BEAM - Google Patents
DEVICE FOR ALIGNING A LASER BEAMInfo
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Description
Fg/PaFg / Pa
DIEHL GMBH & CO., D-8500 Nürnberg Einrichtung zum Ausrichten eines LaserstrahlesDIEHL GMBH & CO., D-8500 Nuremberg Device for aligning a laser beam
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Einrichtung ist aus dem obersten Absatz von Spalte 2 der DE-AS 27 57 585 bekannt. Für die räumliche Orientierung eines abgestrahlten Laserstrahles wird dort eine Laserquelle auf der Plattform montiert, die die geforderten Schwenk-Freiheitsgrade aufweist. Oft ist eine solche Plattform aber auch Geräteträger für weitere Geräte wie etwa Richt- und Zielverfolgungseinrichtungen, die stets eine feste Orientierung in Bezug auf die Orientierung des abgestrahlten Laserstrahles, beispielsweise eine streng parallele Orientierung, einhalten müssen, was durch die gemeinsame Montage auf der Plattform gewährleistet wird. Dadurch ergibt sich aber das Erfordernis einer schweren Ausführung für die Plattform mit entsprechenden reglungstechnischen Problemen bei der Steuerung bzw. Nachführung der großen Massen, ganz abgesehen von nur beschränkt verfügbaren Einbauräumen für eine solche Plattform als Geräteträger. Besonders kritisch werden diese Einschränkungen, wenn ein ausgesprochen energiereicher Laserstrahl abgestrahlt werden soll, für dessen Erzeugung eine einschließlich ihrer Hilfseinrichtung sehr voluminöse Hochenergie-Laserquelle erforderlich ist.Such a device is known from the top paragraph of column 2 of DE-AS 27 57 585. For spatial orientation of an emitted laser beam, a laser source is mounted on the platform that provides the required Has pivot degrees of freedom. Often, however, such a platform is also a device carrier for other devices such as directional and target tracking devices that always have a fixed orientation in relation to the orientation of the emitted laser beam, for example, a strictly parallel orientation must be adhered to, which is due to the common assembly on the Platform is guaranteed. But this results in the requirement a heavy version for the platform with corresponding regulatory problems with the control or tracking of the large masses, quite apart from only limited installation space available for such a platform as a device carrier. These restrictions become particularly critical when an extremely high-energy laser beam is emitted is to be, for the production of a very voluminous high-energy laser source including its auxiliary equipment is required.
Wenn aufgrund derartiger Raum- und Gewichtsverhältnisse die Laserquelle nicht mehr auf der Plattform selbst zusätzlich zu den übrigen räumlich auszurichtenden Geräten installiert wer-If, due to such space and weight conditions, the laser source is no longer on the platform itself in addition to the other devices to be spatially aligned are installed
den kann, könnte daran gedacht werden, eine Spiegel-Schwenkeinrichtung gemäß der erwähnten DE-AS 27 57 585 von einer ortsfesten Hochenergie-Laserquelle anzustrahlen. Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten würden sich über einem solchen Schwenkspiegel aber andere Abstrahlwinkel im Raum ergeben, als bei der gleichzeitigen Ansteuerung der Plattform für die räumliche Orientierung der davon getragenen Geräte; was nur mit außerordentlich hohem Aufwand an Datenverarbeitung nach Maßgabe der geometrischen Gegebenheiten für jeden beliebigen Rauswinkel wieder zur Orientierungs-Parallelität geführt werden könnte.It could be thought of as a mirror swivel device according to the aforementioned DE-AS 27 57 585 of one to illuminate a fixed high-energy laser source. Because of the geometrical conditions, such a However, oscillating mirrors result in different angles of radiation in space than when the platform is controlled at the same time spatial orientation of the devices carried by it; which can only be done with an extraordinarily high amount of data processing According to the geometrical conditions for any outward angle, the orientation parallelism can be guided again could.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die xlufgabe zugrunde, eine Einrichtung gattungsgeniäßer Art derart auszubilden, daß die Plattform selbst nicht auch Träger für eine voluminöse Laserquelle sein muß, und dennoch ohne zusätzlichen datenverarbeitungstechnischen Aufwand stets eine feste Kopplung der Orientierung des abgestrahlten Laserstrahles mit der Orientierung der auf der Plattform gehalterten Geräte sichergestellt ist.In recognition of these circumstances, the invention is based on the task of providing a device of this type to train that the platform itself does not have to be a support for a bulky laser source, and yet without additional data processing effort always a fixed coupling of the orientation of the emitted laser beam with the orientation of the devices held on the platform is ensured.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch £-el")St, da3 die Einrichtung gattungsgemäßer Art zusätzlich £e..i;13 den Teilinerkmalen des kennzeichnenden Teils des Ansprudies 1 ausgestaltet ist.According to the invention, this object is essentially achieved by adding the device of the generic type £ e..i; 13 the partial characteristics of the characterizing part of the price 1 is designed.
r'nrer. also die ortsfest mit der beweglichen Plattform angeordnete Laserquelle den Laserstrahl längs der plattformfesten 33".*ejungs-Achse orientiert, ist die Austritts-Richtung des Laserstrahls an der Plattform stets mit deren Orientierung fest gekoppelt, obgleich die Plattform selbst die Laserquelle nicht mehr trägt. Das ermöglicht eine kleinbauende und leich-r'nrer. so the stationary with the movable platform Laser source the laser beam is oriented along the platform-mounted 33 ". * Ejungs-axis, is the exit direction of the Laser beam on the platform with its orientation firmly coupled, although the platform itself no longer carries the laser source. This enables a compact and lightweight
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te, also reglungstechnisch einfach beherrschbare Plattform, deren Fläche für die Installation der weiteren Geräte nicht durch Aufnahme einer Laserquelle eingeschränkt wird.te, i.e. platform that is easy to control in terms of control technology, whose area for the installation of the other devices is not restricted by the inclusion of a laser source.
Nach Maßgabe der Orientierung der von der Plattform getragenen Geräte kann auf der Plattform in Verlängerung der plattformfesten Schwenkachse ein Abstrahlspiegel starr montiert werden, der die Abstrahlrichtung des Laserstrahls in Bezug auf die Orientierung der Geräte bestimmt; so daß diese gegenseitige Orientierung auch bei Schwenkbewegungen der Plattform starr beibehalten bleibt.Depending on the orientation of the devices carried by the platform, the platform can be extended to the platform-fixed Swivel axis of a radiating mirror can be rigidly mounted, which relates to the direction of the laser beam determined on the orientation of the devices; so that this mutual orientation even with pivoting movements of the platform remains rigid.
Bei Bewegungsmöglichkeiten um mehrere Achsen wird die Plattform von einer Schwenkkonstruktion gehaltert. Die mit dieser ortsfest installierte Laserquelle strahlt dann längs deren ortsfesten Schwenkachse ein, in der an Achsen-Kreuzungspunkten eine Strahlumlenkung längs der weiteren Achsen erfolgt, bis zum Strahl-Austritt durch die Plattform längs der plattformfesten Achse.If the platform can be moved around several axes, it is supported by a swivel construction. The one with this Stationary installed laser source then radiates along its stationary swivel axis, in the one at the intersection points of the axes a beam deflection takes place along the other axes, until the jet exits through the platform along the axis fixed to the platform.
Vorteilhaft kann es sein, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung diese Schwenkkonstruktion darm so aufzubauen, daß der Laserstrahl durch Hohlräume längs der Schwenk-Achsen geführt werden kann. Das ermöglicht eine sehr verlustarne Ausbreitung des Laserstrahls durch die Schweiikkonstruktion längs deren Schwenkachsen bei günstigen konstruktiven Gegebenheiten für die Feinjustage und gegebenenfalls einen Austausch der Umlenkspiegel, sowie für die Zu{ränglichkeit der Umlenkspiegel rut Ilühlinaterialien zur Ableitung der Reflexionsverlust-".."äme bei Einsatz von Kochenergie-Lasern.It can be advantageous, according to a further development of the invention, to construct this swivel construction so that the laser beam can be guided through cavities along the swivel axes. This enables a very loss-free propagation of the laser beam through the welded construction along its pivot axes with favorable structural conditions for fine adjustment and, if necessary, an exchange of the deflecting mirrors, as well as the accessibility of the deflecting mirrors and cooling materials for deriving the reflection loss - ".." would be in use of cooking energy lasers.
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Zusätzliche Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in getriebetechnischer Schema-Darstellung eine um zwei Achsen bewegliche Plattform mit Einkopplung und Abstrahlung eines Laserstrahles.Additional developments as well as further features and advantages of the invention emerge from the following description an exemplary embodiment shown in simplified form in the drawing, restricted to the essentials solution according to the invention. The only figure in the drawing shows one by two in a schematic diagram of the transmission Axis movable platform with coupling and emission of a laser beam.
1[-' Die in der Zeichnung skizzierte Einrichtung zum Ausrichten eines Hochenergie-Laserstrahles 1 weist eine Plattform 2 auf, die um eine Azimuth-Achse 3 drehbar und um eine Inklinations-Achse 4 kippbar ist, so daß die Hauptebene der Plattform 2 im Rahmen der konstruktiv vorgegebenen Schwenkgrenzen eine beliebige Orientierung im Halb-Raum einnehmen kann. Durch konstruktive Ausbildung eines zusätzlichen Schwenk-Freiheitsgrades, nämlich Verkippen der beiden Achsen 3, 4 in der Darstellebene, kann die Normale auf die Plattform 2 jede räumliche Orientierung einnehmen, was in der Zeichnung zur Vermeidung von Unübersichtlichkeiten aber nicht berücksichtigt ist. Für die Realisierung der Schwenkantriebe um die Achsen 3, 4 kann auf die bewährte Technik kreiselstabilisierter Plattformsteuerungen, beispielsweise bei Kardan-Aufhängungen, zurückgegriffen werden. 1 [ - ' The device sketched in the drawing for aligning a high-energy laser beam 1 has a platform 2 which is rotatable about an azimuth axis 3 and tiltable about an inclination axis 4, so that the main plane of the platform 2 is in the frame the structurally specified pivot limits can adopt any orientation in the half-space. By constructing an additional degree of swivel freedom, namely tilting the two axes 3, 4 in the display plane, the normal on the platform 2 can adopt any spatial orientation, which is not taken into account in the drawing to avoid confusion. The proven technology of gyro-stabilized platform controls, for example with cardan suspensions, can be used to implement the swivel drives around axes 3, 4.
Die Plattform 2 ist Träger von Geräten-5, wie beispielsweise Rieht- oder Zielverfolgungsgeräten, deren räumliche Orientierung durch die Momentanstellung der Plattform 2 gegeben ist, slso über Schwenkbewegungen der Plattform 2 steuerbar ist.Pa-The platform 2 is the carrier of devices-5, such as Directional or target tracking devices, the spatial orientation of which is given by the current position of platform 2, slso can be controlled via pivoting movements of platform 2.
'.. --' rpllel zu dieser Geräte-Orientierung soll der Laserstrahl 1 abgestrahlt werden. '.. -' rpllel for this device orientation, the laser beam 1 should be emitted.
Gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung wird dazu eine Hochenergie-Laserquelle 6 aufgrund ihres Volumens und Gewichts - im Interesse möglichst geringer zu bewegender Massen bei der Verschwenkung der Plattform 2 - nicht zusätzlich zu den sonstigen Geräten 5 auf der Plattform 2 gehaltert, sondern ortsfest in Bezug auf die raumfeste Schwenkachse (beim dapgestellten Zweiachsen-System also ortsfest mit der Inklinations-Achse 4) installiert.According to the device according to the invention, a high-energy laser source is used for this purpose 6 due to their volume and weight - in the interest of the lowest possible masses to be moved the pivoting of the platform 2 - not supported in addition to the other devices 5 on the platform 2, but stationary in relation to the spatially fixed swivel axis (with the dap posed The two-axis system is fixed in place with the inclination axis 4).
Auf diese Weise ist der Laserstrahl 1 ortsfest in die Schwenkkonstruktion 7 einkoppelbar, innerhalb derer er mittels Umlenkspiegeln 8 längs der weiteren Schwenkachsen (im dargestellten einfachen Ausführungsbeispiel also längs der beweglichen. Azimuth-Achse 3) weitergeleitet wird.In this way, the laser beam 1 is stationary in the pivot structure 7 can be coupled, within which it is by means of deflection mirrors 8 along the other pivot axes (in the illustrated simple embodiment so along the movable. Azimuth axis 3) is forwarded.
Normalerweise sind die Geräte 5 parallel zur Plattform 2 orientiert, so daß auch der längs der letzten, plattformfesten Achse 3 aus der Schwenkkonstruktion 7 austretende Laserstrahl 1 nicht in dieser Achsrichtung von der Plattform abgestrahlt werden soll. Deshalb ist auf. der Plattform 2 über dem Durchstoßpunkt der plattformfesten.Achse 3 ein Abstrahlspiegel 9 angeordnet, der die Abstrahlrichtung in den Rpum bestimmt, beispielsweise wie dargestellt parallel zur Flattform 2. Diese kann in Abstrahlrichtung hinter dem Spiegel 9 optische Elemente 10 tragen, bei denen es sich beispielsweise um Vorrichtungen zur Strahlmodulation oder zur Strahlteilung· handelt. Da die Plattform 2 den Abstrahlspiegel 9 und diese Elemente 10 trägt, ist eine einmal erreicute Lagejustierung der ^'lenente 1Ί- bezüglich des Laserstrahls 1 unabhängig von der momentanen Plattform-Orientierung stets sichergestellt; wie auch die Orientierung des Laserstrahls in Bezug auf die Orientierung der Geräte 5 infolge des aufNormally, the devices 5 are oriented parallel to the platform 2, so that also the one along the last, platform-fixed Axis 3 from the swivel structure 7 exiting laser beam 1 not in this axial direction from the platform should be emitted. That's why it's on. the platform 2 above the point of penetration of the platform-fixed axis 3 is a radiation mirror 9 arranged, which determines the direction of radiation in the Rpum, for example, as shown parallel to Flat form 2. This can carry optical elements 10 behind the mirror 9 in the direction of emission, which are for example are devices for beam modulation or beam splitting. Since the platform 2 is the radiating mirror 9 and wearing these elements 10 is a once reachable Position adjustment of the ^ 'lenente 1Ί- with respect to the laser beam 1 regardless of the current platform orientation ensured; as well as the orientation of the laser beam in relation to the orientation of the devices 5 as a result of the
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der Plattform 2 festgelegten Abstrahlspiegels 9 stets sichergestellt bleibt, obgleich die Laserquelle 6 selbst nicht von der Plattform 2 getragen wird.the platform 2 fixed radiation mirror 9 is always ensured remains, although the laser source 6 itself is not carried by the platform 2.
Für die Einkopplung des Laserstrahls 1 und seine Umlenkung längs der Schwenk-Achsen 3, 4 bis zum Austritt aus der Plattform 2 kann die Schwenkkonstruktion 7 aus strahlungsleitenden Stäben, beispielsweise aus polykristallinem Germanium, bestellen, die an Orte von in Achskreuzungen gelegenen Umlenkspiegeln 8 unter Einlage einer Reflektorschicht 11 zusammengeführt sind, wie in der Zeichnung für das Ausführungsbeispiel eines zweiachsigen Schwenksystems durch die Fügefläche 12 mit einer Neigung von 45° gegenüber den beiden Achsen 3, 4 angedeutet.For the coupling of the laser beam 1 and its deflection along the pivot axes 3, 4 up to the exit from the platform 2, the pivot structure 7 can be made of radiation-conducting rods, for example made of polycrystalline germanium, order the deflection mirrors 8 at points of intersection between axes a reflector layer 11 are brought together, as indicated in the drawing for the exemplary embodiment of a two-axis pivoting system through the joining surface 12 with an inclination of 45 ° with respect to the two axes 3, 4.
Eine größere mechanische Stabilität bei besseren Justagemöglic-ilceiten für die Umlenkspiegel 8 lässt sich erreichen,wenn die Schwenkkonstruktion 7 aus hohlen Konstruktionsteilen, beispielsweise an Stoßstellen zueinander geöffneten Rohren 13, aufgebaut ist, längs deren Achsen 3, 4 der Laserstrahl 1 durch Luft oder sogar durch Vakuum und somit verlustärmer als durch optisches Konstruktionsmaterial geführt werden kann. Jie freien Rohrenden sind in Azimuth- und Inklinations-Drelilagem 15 j 16 um ihre Achsen 3, 4 verschwenkbar gehaltert. Dabei kann für das Inklinations-Rohr 14 zugleich eine ortsfeste Axialabstützung \rorgesehen sein, während das Azimuth-Drehlarer 15 auch der Axiaiabstützunr einer Plattform-Halterung 17 a:.'· der Schwenkkonstruktion 7 dient.Greater mechanical stability with better adjustment options for the deflecting mirror 8 can be achieved if the pivoting structure 7 is made up of hollow structural parts, for example tubes 13 open to one another at joints, along whose axes 3, 4 the laser beam 1 passes through air or even through Vacuum and thus with less loss than can be carried out through optical construction material. Jie free pipe ends are held in azimuth and inclination Drelilagem 15 and 16 pivotable about their axes 3, 4. In this case, at the same time a fixed axial support \ r esigned may be for the Inclination tube 14, while the azimuth Drehlarer 15 also Axiaiabstützunr a platform bracket 17 a '· serves the pivoting structure 7..
BezugszeichenlisteList of reference symbols
1 Laserstrahl (aus 6)1 laser beam (out of 6)
2 Plattform (zum gerichteten Abstrahlen von 1)2 platform (for directed radiation of 1)
3 plattformfeste Schwenk-Achse (z.B. Azimuth-Drehachse)3 platform-mounted swivel axes (e.g. azimuth rotary axis)
4 ortsfeste'Schwenk-Achse (z.B. Inklinations-Kippachse)4 stationary swivel axis (e.g. inclination / tilt axis)
5 Geräte (auf 2 zur räumlichen Orientierung)5 devices (on 2 for spatial orientation)
6 Laserquelle (ortsfest mit 7)6 laser source (stationary with 7)
7 Schwenkkonstruktion (für 2, mit 3» 4)7 swivel construction (for 2, with 3 »4)
8 Umlenkspiegel (für 1 in Achs-Kreuzungen von 7)8 deflection mirrors (for 1 in axis intersections of 7)
9 Abstrahlspiegel (auf 2 in 3)9 beam mirrors (on 2 in 3)
optische Elemente (auf 2 hinter 9) Reflektorschicht (als 8 in 12) Fügefläche (beim Zusammensetzen von 7) Rohr (von 7» umgebend 3) Rohr (von 7» umgebend 4) Drehlager (um 3) Drehlager (um 4) Halterung (für 2 auf 15)optical elements (on 2 behind 9) reflector layer (as 8 in 12) Joining surface (when assembling 7) pipe (from 7 »surrounding 3) pipe (from 7» surrounding 4) Pivot bearing (by 3) Pivoting bearing (by 4) Bracket (for 2 to 15)
* 40 -* 40 -
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Claims (7)
dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,4. Device according to claim 3,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,5. Device according to claim 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,6. Device according to claim 3,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,7. Device according to claim 6,
characterized,
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